эквивалентная шероховатость
3.4.3 эквивалентная шероховатость: Шероховатость, равная равномерной песочной шероховатости, по значению которой вычисляют такой же коэффициент гидравлического сопротивления, как и для фактической шероховатости.
Полезное
Смотреть что такое «эквивалентная шероховатость» в других словарях:
ГОСТ 8.586.1-2005: Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 1. Принцип метода измерений и общие требования — Терминология ГОСТ 8.586.1 2005: Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 1. Принцип метода измерений и общие требования оригинал… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ДАРСИ — ВЕЙСБАХА ФОРМУЛА — (в гидравлике), определяет величину потерь напора на трение при движении жидкости в трубах: hv=(ll/d)(v2/2g), где l коэфф. гидравлич. трения, l и d длина и диаметр трубы, ч ср. скорость течения жидкости, g ускорение свободного падения. Коэфф. l… … Физическая энциклопедия
общий КПД (КПД агрегата) ηgr(ar) — 3.1.35 общий КПД (КПД агрегата) ηgr(ar) : Отношение мощности, отдаваемой насосом жидкости, к мощности, потребляемой приводом насоса: (3.17) 3.1.36 высота самовсасывания: Высота самозаполнения подводящего трубопровода самовсасывающим насосом… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 6134-2007: Насосы динамические. Методы испытаний — Терминология ГОСТ 6134 2007: Насосы динамические. Методы испытаний оригинал документа: 3.1.29 NPSH3 (критический кавитационный запас Dhкр): NPSH для 3 % падения полного напора первой ступени насоса как стандартное основание для использования при… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
комнатная температура — 3.84 комнатная температура: Температура до 50 °С. Источник: ГОСТ Р 51365 99: Оборудование нефтепромысловое добычное устьевое. Общие технические условия … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р 54786-2011: Крепежные изделия для разъемных соединений атомных энергетических установок. Технические условия — Терминология ГОСТ Р 54786 2011: Крепежные изделия для разъемных соединений атомных энергетических установок. Технические условия оригинал документа: 3.7 виток резьбы: Часть выступа резьбы, соответствующая одному полному обороту точек винтовой… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
РД 08.00-60.30.00-КТН-046-1-05: Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных нефтепроводов — Терминология РД 08.00 60.30.00 КТН 046 1 05: Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных нефтепроводов: 1.4.15 Бригада сварщиков группа аттестованных в установленном порядке сварщиков, назначенных… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Шероховатость стенок трубопровода: типы и влияние
Твердые стенки, ограничивающие поток жидкости, всегда в той или иной степени обладают известной шероховатостью. Шероховатость стенок характеризуется величиной и формой различных, порой самых незначительных по размерам, выступов и неровностей, имеющихся на стенках, и зависит от материала стенок и их обработки.
Шероховатость — это совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине. Измеряется в микрометрах (мкм).
Содержание статьи
Обычно с течением времени шероховатость изменяется от появления ржавчины, коррозии, отложения осадков и т.д.
Абсолютная шероховатость
В качестве основной характеристики шероховатости служит так называемая абсолютная шероховатость – κ, представляющая собой среднюю величину указанных выступов и неровностей, измеренную в линейных единицах.
Некоторые значения шероховатости стенок трубопровода приведены в таблице ниже
Чистые цельнотянутые из латуни, меди и свинца
Новые цельнотянутые стальные
Стальные с незначительной коррозией
В случае когда величина выступов шероховатости стенки трубы меньше, чем толщина вязкого (ламинарного) подслоя неровности стенки полностью погружены в этот слой.
При этом турбулентная часть потока не будет входить в непосредственное соприкосновение со стенками и движение жидкости, а следовательно, и потери энергии не будут зависеть от шероховатости стенок, а будут зависеть только от свойств самой жидкости.
Если величина выступов такова, что они превышают толщину вязкого подслоя, то неровности стенок будут выступать в турбулентную область, увеличивая беспорядочность движения и существенным образом влиять на величину потерь энергии.
В этом случае каждый отдельный выступ можно сравнить с плохо обтекаемой поверхностью, находящейся в окружающем её потоке жидкости и являющейся источников образования вихрей.
В соответствии с написанным выше поверхности условно разделяют на гидравлически гладкие (первый случай) и шероховатые (второй вариант).
На самом деле, толщина вязкого подслоя непостоянна и уменьшается с увеличением числа Рейнольдса. У гидравлически гладких стенок с возрастанием числа Рейнольдса тоже начинает проявляться шероховатость, так как вязкий подслой становиться тоньше и выступы шероховатости, которые первоначально полностью располагались в этом слое, начинают выходить из него, выступая в турбулентную зону.
Следовательно, одна и та же стенка в зависимости от величины числа Рейнольдса может вести себя по разному:
в одном случае – как гладкая
в другом – как шероховатая.
Поэтому абсолютная шероховатость стенок трубопровода не может полностью характеризовать влияние стенок на движение жидкости. Естественно, что стенки с одной и той же абсолютной шероховатостью в потоках небольших поперечных размеров должны будут вносить большие возмущения в поток жидкости и оказывать большее сопротивление движению, чем в потоках большого сечения.
Относительная шероховатость и относительная гладкость.
Для характеристики влияния шероховатости на величину гидравлических сопротивлений, а так же исходя из условий соблюдения подобия, в гидравлике вводится понятие относительная шероховатость – ε.
Под термином относительная шероховатость понимают безразмерное отношение абсолютной шероховатости к некоторому линейному размеру, характеризующему сечение потока(например, к радиусу трубы r, к глубине жидкости в открытом потоке h и т.п.).
В некоторых случаях вводят понятие относительной гладкости ε / как величины обратной относительной шероховатости
В действительно, как показали исследования, на величину гидравлических сопротивлений влияет не только абсолютное значение шероховатости (высота выступов), но также в значительной степени их форма и густота. Учесть влияние этих факторов непосредственными измерениями шероховатости практически невозможно.
Видео о шероховатости
В настоящее время для того, чтобы охарактеризовать шероховатость стенки трубы при гидравлических расчетах обычно пользуются понятием – эквивалентной шероховатости. Этот эквивалент представляет собой такую величину выступов однородной абсолютной шероховатости, которая дает при подсчетах одинаковую с действительной шероховатостью величину потерь напора.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Эквивалентная шероховатость
Эквивалентная шероховатость в зависимости от диаметра трубы по-разному сказывается на величине гидравлических сопроти-лений. [5]
Эквивалентная шероховатость не может быть непосредственно измерена и определяется путем точных гидравлических испытаний. [6]
Эквивалентная шероховатость может быть определена из табл. 4.2 [ 96, с. [8]
Эквивалентная шероховатость зависит от материала ( металла, бетона и др.) трубопровода и его состояния. [9]
Эквивалентная шероховатость введена для характеристики шероховатости реальных труб, у которых высота отдельных шероховатостей неравномерна. [10]
Эквивалентная шероховатость & э учитывает не только среднюю высоту выступов, но также их форму, расположение в плане и пр. [12]
Количественно эквивалентная шероховатость в формуле Альтшуля характеризует суммарное влияние состояния внутренней поверхности стенки трубопровода на коэффициент гидравлического сопротивления. [13]
Эквивалентная шероховатость образцов в первоначальный период коррозионного разрушения поверхностного слоя заметно снижается. Под действием малых электрических токов, возникающих на поверхности металла в результате взаимодействия с ним электролита, происходит разрушение выступов шероховатостей. Как на выступах, так и на впадинах имеют место и аноды и катоды. Но на выступах поляризация катодных поверхностей быстро устраняется создаваемой потоком деполяризацией. В то же время действие коррозионных элементов во впадинах будет сильно замедляться иенарушаемой поляризацией с накоплением в этих впадинах продуктов коррозии. [14]
Гидравлические сопротивления
Первопричиной потерь энергии hс во всех случаях является сила внутреннего трения (вязкости), однако ее действие проявляется по-разному в зависимости от условий на границах потока. Твердые неподвижные границы всегда оказывают тормозящее воздействие на поток. Это воздействие называют гидравлическими сопротивлениями. В общем случае потери энергии в гидравлических сопротивлениях слагаются из потерь в сопротивлениях по длине hд и в местных сопротивлениях.
Сопротивления по длине. В чистом виде эти сопротивления имеют место при течении жидкостей и газов по цилиндрическим трубам или каналам с постоянной по длине потока средней скоростью. В этих случаях потери гидродинамического напора (механической энергии), выраженные в линейных единицах столба данной жидкости, определяют по формуле Вейсбаха — Дарси
где l — длина участка, на котором определяются потери; v — средняя скорость; R — гидравлический радиус, определяемый как отношение площади нормального сечения потока к смоченному периметру. Для круглых труб 4R = 2d (d — диаметр трубы), и формула (3.50) приобретает вид
Потери энергии, выраженные в размерности давления, определяются по формуле
Гидравлический коэффициент трения λ в общем случае зависит от конфигурации граничных поверхностей и числа Rе. Понятие конфигурации включает в себя форму поперечного сечения и шероховатость стенок. Общий характер зависимости λ от числа Rе и шероховатости стенок для круглых труб по данным опытов Никурадзе показан на рис.3.9. В этих опытах шероховатость создавалась искусственно и оценивалась средним размером выступа ∆Д. Как показывает ход экспериментальных кривых, возможны следующие течения: 1 — ламинарный режим λ 1 =f 1 (Re); 2 — гладкостенный турбулентный режим λ 2 =f 2 (Re); 3 — доквадратичный турбулентный режим λ 3 =f 3 (Re); 4 — квадратичный турбулентный режим λ 4 =f 4 (Re).
Для промышленных труб, в которых шероховатость неравномерна, в качестве ее характеристики применяется эквивалентная абсолютная шероховатость ∆, значения которой для некоторых типов труб приведены в табл.3.8 [5, 11]. Графическая зависимость λ от Rе для таких труб, обобщенная по результатам многих исследований (главным образом ВТИ), представлена на рис.3.10 (ламинарный режим не показан). Более подробные таблицы значений эквивалентных шероховатостей приведены в [6, 12].
Рис. 3.9. Зависимость гидравлического коэффициента трения от числа Рейнольдса для круглых труб c равномерной (песочной) шероховатостью.
1—2 — зоны ламинарного и гладкостенного режимов; 3—4 — зоны доквадратичного и квадратичного сопротивлений; К—К — приблизительная нижняя граница квадратичного режима; А — расчет по формуле λ = 64/Rе; Б— расчет по формуле λ = 0,316/Rе; В — расчет по формуле Прандтля 1/√λ = 2lg(Re/√λ) – 0,8.
Эквивалентная абсолютная шероховатость труб из разных материалов [ править ]
| Материал и способ изготовления труб | Состояние трубы | Δ, мм |
| Тянутые из стекла и цветных металлов | Новые технически гладкие | (0,001— 0,002)/0,0015 |
| Бесшовные стальные | Новые и чистые | (0,01— 0,02) /0,014 |
| Стальные сварные | После нескольких лет эксплуатации | (0,15—0,3)/0,2 |
| Новые и чистые | (0,03—0,12)/0,05 | |
| С незначительной коррозией, после очистки | (0,10—0,20)/0,15 | |
| С умеренной коррозией | (0,30—0,70)/0,5 | |
| Старые с сильной коррозией | (0,80—1,5)/1,0 | |
| То же с большими отложениями | (2,0—4,0)/3,0 | |
| Стальные оцинкованные | Новые и чистые | (0,10—0,20)/0,15 |
| После нескольких лет эксплуатации | (0,40—0,70)/0,5 | |
| Чугунные | Новые асфальтированные | (0,08—0,26)/0,12 |
| Новые без покрытия | (0,20—0,50)/0,3 | |
| Бывшие в употреблении | (0,5—1,5)/1,0 | |
| Асбоцементные | Новые | (0,05—0,10)/0,085 |
| Бетонные | Новые из предварительно напряженного бетона | (0,02 — 0,05)/0,03 |
| Новые центробежные | (0,15—0,30)/0,2 | |
| Бывшие в употреблении | (0,30—0,80)/0,5 | |
| Из необработанного бетона | 1,0—3,0 |
Примечание. В числителе приведены пределы изменения ∆, в знаменателе — его средние значения.
Рис. 3.10. Зависимость гидравлического коэффициента трения от числа Рейнольдса для круглых труб c неравномерной шероховатостью.
Табл.3.9Наиболее употребительные расчетные формулы для коэффициента λ даны в табл.3.9
Сводная таблица расчетных формул для гидравлического коэффициента трения
| Зона сопротивления (рис. 3.9) Для труб некруглого сечения при определении потерь напора следует пользоваться формулой (3.50). Коэффициенты λ для некоторых форм поперечного сечения приведены на рис. 3.11 [ 7 ]. Для других форм поперечного сечения данные о λ можно найти в [6, 12]. Рис. 3.11. Зависимость гидравлического коэффициента трения от числа Рейнольдса для труб некруглого сечения: Сжимаемость газов мало влияет на зависимость λ = f(Re), о чем свидетельствуют опытные данные, приведенные на рис. 3.12 [ 7 ]. Рис. 3.12. Зависимость гидравлического коэффициента трения для гладкой трубы от числа Рейнольдса при дозвуковом и сверхзвуковом течениях газа • — дозвуковое течение; О — сверхзвуковое течение; расчет по формуле Прандтля—Никурадзе 1/√λ = 2lg(Re√λ) – 0,8 Однако в области чисел М, близких к 1, наблюдаются заметные отклонения значений λ для газа от значений этого коэффициента для несжимаемой жидкости [ 8 ] (рис.3.13). Рис. 3.13. Влияние числа Маха на гидравлический коэффициент трения при дозвуковом течении газа в гладкой трубе: λ, λи — коэффициенты трения для газа и несжимаемой жидкости; О — опыты МЭИ; ▲ — опыты МО ЦКТИ. Внутренняя структура течения в круглых трубах зависит от режимов течения. При стабилизированном ламинарном течении распределение местных скоростей подчиняется параболическому закону или в безразмерном виде
где р — давление; r0 — радиус трубы; z— координата, отсчитываемая вдоль оси трубы вниз по течению; umах — максимальная скорость:
Средняя скорость в 2 раза меньше максимальной: v = umах /2. Падение давления ∆р на участке горизонтальной трубы длиной l определяют по формуле Пуазейля Из уравнения Бернулли (3.48), составленного для граничных сечений участка l, следует, что ∆р = ρghД, hД— потери напора и, следовательно, откуда вытекает, что λ = 64/Rе, где Rе = vd/ν. Для наклонной трубы формула (3.57) выражает падение гидродинамического напора: ∆Hгд= ∆р/ρg + z1-z2= hД, где z1и z2 — отметки центров тяжести сечений трубы в начале и конце участка l. Стабилизированное течение устанавливается лишь на некотором расстоянии от входа в трубу, за пределами так называемого начального участка, длина которого для круглой трубы lнач ≈ 0,04dRе. Падение давления на начальном участке не подчиняется формуле Пуазейля (3.56), но приближенно может быть определено по формуле
где р0 — давление в резервуаре, откуда берет начало труба; р2 — давление в конце начального участка (подробнее о начальном участке см. [ 9 ]). Разрушение ламинарного режима в трубе и переход к турбулентному режиму происходят при достижении критического числа Рейнольдса. Для круглых труб это значение составляет приблизительно 2300. При Re ≤ Rекр наблюдается устойчивый ламинарный режим; при Rе > Rекр возможно появление турбулентности, но не исключено и сохранение ламинарного режима, который, однако, является неустойчивым. Для труб некруглого сечения критическое число Рейнольдса приблизительно равно 2*10 3 (см. рис. 3.11), причем Rе = vd1/ν, где d1 — гидравлический диаметр, определяемый соотношением 4S/χ, в котором χ — смоченный периметр сечения S трубы. При стабилизированном турбулентном течении в трубах распределение местных осредненных скоростей описывается полуэмпирическими или эмпирическими формулами. Наиболее известные из них: а) логарифмическая формула для гладкостенного режима течения где u*=√(τ0/ρ) —динамическая скорость; τ0 — касательное напряжение на стенке; у — расстояние от стенки. Другая форма этой зависимости имеет вид где Umах — максимальная скорость (на оси трубы). Средняя скорость связана с максимальной соотношением б) универсальная логарифмическая формула для всех турбулентных режимов в шероховатых трубах где функция f(u*Δ/ν)=B1 определяется графиком, приведенным на рис. 3.14; в) степенная формула (эмпирическая) где показатель в зависимости от числа Rе изменяется от 1/6 до 1/10. Значение, соответствующее гладкостенному режиму (при Rекр ≤ Re ≤10 5 ): n=1/7. Вид функции B1, определяющей закон распределения скоростей в шероховатых трубах. Местные гидравлические сопротивления. К этим сопротивлениям относятся всякие резкие изменения формы граничных поверхностей потока (расширения, сужения, изгибы, изломы и т.п.). Общей зависимостью для определения потерь напора в местных сопротивлениях служит формула Вейсбаха где ζм — коэффициент местного сопротивления, зависящий в общем случае от числа Rе и конфигурации граничных поверхностей. Общий характер этой зависимости для нескольких типов местных сопротивлений приведен на рис. 3.15 [ 5, 11 ]. Рис. 3.15. Зависимость коэффициента местных сопротивлений от числа Рейнольдса □—тройник; ▼—шаровой клапан; ∆— угольник 90°; • — разъемный клапан; О — диафрагма (при отношении площади отверстия к площади трубы п = 0,05). Эти кривые удовлетворительно описываются формулой вида где А1 и ζкв — постоянные, зависящие от геометрической формы местного сопротивления. В табл.3.10 [11] приводятся значения этих постоянных для нескольких видов местных сопротивлений. Значения А1 и ζкв для некоторых местных сопротивлений
|
,
— коэффициент эквивалентной шероховатости для новых труб в начале эксплуатации, мм;
— коэффициент эквивалентной шероховатости через t лет эксплуатации, мм;
— ежегодный прирост абсолютной шероховатости, мм в год, зависящий от физико-химических свойств подаваемой по ним воды.